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ChemSusChem:Ni基异质结构高效催化氢电极反应

华中科技大学王得丽、赵旭(近期已全职调入西安交通大学,PI)在ChemSusChem期刊发文探究了异质界面工程在氢电催化反应中的应用,文章重点讨论了异质结构间的电荷相互作用对氢电极反应的作用机制及对催化性能的影响。


氢能因其清洁、可持续等优点被认为是一种理想的能源载体。作为氢能产生和利用的关键过程,碱性条件下的电化学析氢反应(HER)和氢氧化反应(HOR)因可使用非贵金属催化剂的优势而备受关注。然而,即使是商业Pt催化剂,在碱性介质中的HER和HOR反应动力学也较酸性介质中慢2至3个数量级。因此,迫切需要开发高效的非贵金属催化剂。


目前,镍基材料被认为是碱性电解质中最有前途的HER/HOR非贵金属催化剂。然而,镍对Had的吸附较强,导致其对 HER/HOR 的催化活性不高。因此,减弱镍对Had的吸附可有效提升镍基材料的催化性能。此外,得益于界面电荷转移引起的催化剂电子结构的调控,异质界面工程被认为是优化电催化过程中反应中间体结合强度的有效策略。


鉴于此,本工作通过水热和退火法合成了异质结构的Ni-Ni0.2Mo0.8N纳米片。研究表明,由于Ni与Ni0.2Mo0.8N界面的电荷转移,导致Ni-Ni0.2Mo0.8N纳米片的d带中心下移,有效削弱了其对HER/HOR 中间体Had的吸附。因此,Ni-Ni0.2Mo0.8N纳米片在碱性电解质中表现出增强的HER/HOR催化性能。具体来说,Ni-Ni0.2Mo0.8N纳米片在10 mA cm-2电流密度下的HER过电位低至83 mV,并且表现出了长时间的稳定性。同时, Ni-Ni0.2Mo0.8N纳米片的HOR交换电流密度比纯Ni提高了10倍,且其具有优异的稳定性和抗CO毒化能力,有利于实际应用。该研究为设计低成本、高效的电催化剂提供了有效的途径并加深了对碱性氢电极反应机理的理解。



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文信息

Interface engineering of heterostructural Ni-Ni0.2Mo0.8N boosts alkaline hydrogen electrocatalysis

Lulu An, Junhao Yang, Jiang Zhu, Chang Yang, Xu Zhao,* Deli Wang*


ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202300218




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